DE102015122205B4 - Terahertz measurement method and terahertz measurement device for determining a layer thickness or a distance of a measurement object - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Messen einer Schichtdicke (d) oder eines Abstandes eines Messobjektes (2, 102) mit Terahertz-Strahlung (7), bei dem mindestens ein Terahertz-Strahl (7a) von einer Terahertz-Sende- und Empfangseinheit (4) entlang einer optischen Achse (C) auf das Messobjekt (2, 102) eingestrahlt wird und durch oder auf mindestens eine Schicht (3) des Messobjektes (2, 102) gelangte und reflektierte Terahertz-Strahlung (7) detektiert wird, wobei ein Messsignal (A) der detektierten reflektierten Terahertz-Strahlung (7b) ausgewertet und eine Schichtdicke (d) und/oder ein Abstand aus einem LaufzeitUnterschied (t2-t1) der an mindestens einer Grenzfläche (2a, 2b) der Schicht (3) reflektierten Strahlung (7) ermittelt wird,wobei mehrere Messungen mit unterschiedlichen optischen Achsen (C) durchgeführt werden, wobei die optische Achse (C) der ausgesandten Terahertz-Strahlung (7a) während der Messungen oder zwischen den Messungen verstellt wird und eine der mehreren Messungen zur Ermittlung der Schichtdicke (d) und/oder des Abstandes herangezogen wird,dadurch gekennzeichnet, dassdie mehreren Messungen bei mehreren unterschiedlichen Winkellagen der optischen Achse (C) innerhalb eines Verstellwinkelbereichs (α) durchgeführt werden und ein Vergleich der mehreren Messungen durchgeführt wird,wobei eine Messung mit maximaler Amplitude oder einem maximalen detektierten Signal als Messung bei senkrechtem Auftreffen auf eine Messoberfläche (2a, 102a) des Messobjektes (2, 102) zur Ermittlung der Schichtdicke (d) herangezogen wird.Method for measuring a layer thickness (d) or a distance of a measurement object (2, 102) with terahertz radiation (7), in which at least one terahertz beam (7a) from a terahertz transmitter and receiver unit (4) along an optical Axis (C) is radiated onto the measurement object (2, 102) and terahertz radiation (7) that has passed through or onto at least one layer (3) of the measurement object (2, 102) and is reflected is detected, with a measurement signal (A) of the detected reflected terahertz radiation (7b) is evaluated and a layer thickness (d) and/or a distance is determined from a transit time difference (t2-t1) of the radiation (7) reflected at at least one boundary surface (2a, 2b) of the layer (3). ,Several measurements with different optical axes (C) being carried out, the optical axis (C) of the emitted terahertz radiation (7a) being adjusted during the measurements or between the measurements and one of the several measurements for determining the Schic ht thickness (d) and/or the distance is used, characterized in that the several measurements are carried out at several different angular positions of the optical axis (C) within an adjustment angle range (α) and a comparison of the several measurements is carried out, with a measurement with a maximum Amplitude or a maximum detected signal as a measurement when striking a measurement surface (2a, 102a) of the measurement object (2, 102) perpendicularly to determine the layer thickness (d) is used.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Terahertz-Messvorrichtung zum Messen einer Schichtdicke oder eines Abstandes eines Messobjektes.The invention relates to a method and a terahertz measuring device for measuring a layer thickness or a distance of a measurement object.
Hierbei wird Terahertz-Strahlung entlang einer optischen Achse auf das Messobjekt aus einem für THz-Strahlung transparenten Material, z. B. Kunststoff, eingestrahlt, das für die Terahertz-Strahlung einen gegenüber Luft oder Vakuum deutlich höheren Brechungsindex aufweist. Ein derartiges Material kann insbesondere ein Kunststoff, weiterhin jedoch z. B. auch Holz, Keramik oder ein faserverstärktes Material wie CFK oder GFK (kohlefaserverstärkter Kunststoff, glasfaserverstärkter Kunststoff) sein. Ein Teil der einfallenden Terahertz-Strahlung wird beim Eintritt in die Material-Schicht reflektiert, und ein Teil der in die Material-Schicht eingetretenen Terahertz-Strahlung wird an einer nachfolgenden Grenzfläche, zum Beispiel einer Hinterseite oder Rückseite der Material-Schicht beim Übergang zu Luft, reflektiert. Somit können Mess-Peaks der Amplitude der an den Grenzflächen reflektierten Strahlung aufgenommen werden und die zeitliche Differenz der beiden Mess-Peaks als Laufzeit des doppelten Durchquerens der Material-Schicht gewertet werden. Somit kann die Schichtdicke der Material-Schicht an der untersuchten Stelle ermittelt werden. Weiterhin kann auch ein Abstand des Messobjektes zu der Sende- und Empfangseinheit ermittelt werden, so dass auch Außendimensionierungen des Messobjektes wie z. B. ein Außendurchmesser bestimmt werden können.Here, terahertz radiation is directed along an optical axis onto the measurement object made of a material that is transparent to THz radiation, e.g. B. plastic, which has a significantly higher refractive index for the terahertz radiation compared to air or vacuum. Such a material can in particular be a plastic, but still z. B. also wood, ceramics or a fiber-reinforced material such as CFRP or GRP (carbon fiber reinforced plastic, glass fiber reinforced plastic). A portion of the incident terahertz radiation is reflected upon entering the material layer, and a portion of the terahertz radiation which has entered the material layer is reflected at a subsequent interface, for example a back surface or backside of the material layer upon transition to air , reflected. In this way, measurement peaks of the amplitude of the radiation reflected at the interfaces can be recorded and the time difference between the two measurement peaks can be evaluated as the transit time of the double crossing of the material layer. Thus, the layer thickness of the material layer can be determined at the examined point. Furthermore, a distance between the measurement object and the transmitting and receiving unit can also be determined, so that external dimensions of the measurement object, such as e.g. B. an outer diameter can be determined.
Derartige Terahertz- Schichtdicken-Messungen können insbesondere zur Überprüfung der Qualität eines Kunststoff-Objektes nach dessen Herstellung durchgeführt werden, z. B. unmittelbar nach der Herstellung, indem das Messobjekt am Ende einer Produktionslinie direkt durch die Transporteinrichtung weiter zu der bzw. durch die Messvorrichtung befördert wird.Such terahertz layer thickness measurements can be carried out in particular to check the quality of a plastic object after it has been manufactured, e.g. B. immediately after production, in that the measurement object is conveyed at the end of a production line directly by the transport device to or through the measuring device.
Hierbei zeigt sich jedoch, dass insbesondere bei einer kontinuierlichen Vermessung von Messobjekten am Ende einer Produktionslinie eine genaue Ausrichtung der Terahertz-Messvorrichtung zum Bildobjekt nicht immer möglich ist. Bei einer ungenauen Zentrierung des Messobjektes, zum Beispiel einer fehlenden Rohrmittellage eines Kunststoffrohres in der Messvorrichtung, fällt die einfallende Terahertz-Strahlung mit ihrer optischen Achse nicht mehr genau senkrecht auf die Oberfläche des Messobjektes ein, sodass die an den Grenzflächen reflektierte Strahlung nicht mehr entlang der optischen Achse zurück zu der Sende- und Empfangseinheit gestrahlt wird und sich die Signalstärke bzw. Amplitudenstärke aufgrund der seitlichen Abstrahlung erheblich reduziert.However, this shows that, particularly in the case of a continuous measurement of measurement objects at the end of a production line, an exact alignment of the terahertz measurement device to the image object is not always possible. If the measuring object is not centered precisely, for example if a plastic pipe is not in the middle of the measuring device, the optical axis of the incident terahertz radiation is no longer exactly perpendicular to the surface of the measuring object, so that the radiation reflected at the interfaces is no longer along the optical axis is radiated back to the transmitting and receiving unit and the signal strength or amplitude strength is significantly reduced due to the lateral radiation.
Somit ist ein hoher Positionieraufwand, zum Beispiel durch mechanische Führungen des Messobjektes erforderlich; weiterhin ist eine unmittelbare Vermessung nach der Herstellung eines Kunststoff-Objektes, bei zum Teil noch weichen Kunststoff-Materialen, zum Teil nicht möglich.A high level of positioning effort is therefore required, for example as a result of mechanical guides for the measurement object; Furthermore, an immediate measurement after the production of a plastic object is sometimes not possible with plastic materials that are still soft in some cases.
Die US 2010 / 0 195 090 A1 zeigt eine Vorrichtung zum Messen der Dicke einer Farbschicht mittels Terahertz-Puls-Licht, das über ein optisches System auf eine zu messende Oberfläche geleitet wird, wohin hiervon reflektiertes Licht wiederum über ein optisches System zurückgeleitet wird. Hierbei kann das Messobjekt oder auch sowohl das Messobjekt als auch die Messvorrichtung verstellt werden, um eine relative positionelle Beziehung zwischen diesen zu ändern.US 2010/0 195 090 A1 shows a device for measuring the thickness of a paint layer using terahertz pulse light, which is directed via an optical system onto a surface to be measured, where light reflected from this is in turn returned via an optical system. Here, the measurement object or both the measurement object and the measurement device can be moved to change a relative positional relationship between them.
Die
In
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine sichere Terahertz-Vermessung eines Messobjektes und eine genaue Ermittlung einer Schichtdicke und/oder eines Abstandes zu ermöglichen.The object of the invention is to enable reliable terahertz measurement of a measurement object and precise determination of a layer thickness and/or a distance.
Diese Aufgabe wird durch ein Messverfahren nach Anspruch 1 sowie eine Terahertz-Messvorrichtung nach dem unabhängigen Anspruch gelöst. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen.This object is achieved by a measurement method according to
Hierbei ist die erfindungsgemäße Terahertz-Messvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, und das erfindungsgemäße Verfahren wird insbesondere mit Einsatz oder unter Verwendung der erfindungsgemäßen Terahertz-Messvorrichtung durchgeführt.In this case, the terahertz measuring device according to the invention is provided for carrying out the method according to the invention, and the method according to the invention is carried out in particular with the use of the terahertz measuring device according to the invention.
Somit wird eine Messvorrichtung mit mindestens einer Terahertz- Sende- und Empfangseinheit geschaffen, deren optische Achse verstellbar ist und während der Vermessung des Messobjektes verstellt wird.A measuring device with at least one terahertz transmitting and receiving unit is thus created, the optical axis of which can be adjusted and is adjusted during the measurement of the measurement object.
Die erfindungsgemäße Terahertz-Messvorrichtung zur Messung einer Schichtdicke und/oder eines Abstandes eines Kunststoff-Messobjektes ist insbesondere ausgebildet zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1.The terahertz measuring device according to the invention for measuring a layer thickness and/or a distance of a plastic measurement object is designed in particular to carry out a method according to
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Terahertz-Messvorrichtung ist diese dadurch gekennzeichnet, dass ein Messkopf der Terahertz-Messvorrichtung in mindestens einer Schwenkachse um den Verstellwinkel verstellbar ist.According to an advantageous development of the terahertz measuring device, this is characterized in that a measuring head of the terahertz measuring device can be adjusted by the adjustment angle in at least one pivot axis.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Terahertz-Messvorrichtung ist diese dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Spiegelanordnung mit mindestens einem verstellbaren Spiegel aufweist, der zur Verstellung der optischen Achse der ausgesandten Terahertz-Strahlung um mindestens den Verstellwinkelbereich verstellbar ist.According to an advantageous development of the terahertz measuring device according to the invention, this is characterized in that it has a mirror arrangement with at least one adjustable mirror which can be adjusted by at least the adjustment angle range to adjust the optical axis of the emitted terahertz radiation.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Terahertz-Messvorrichtung ist diese dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung die optische Achse kontinuierlich oder fortlaufend oder periodisch innerhalb des Verstellwinkelbereichs verstellt.According to an advantageous development of the terahertz measuring device according to the invention, this is characterized in that the control device adjusts the optical axis continuously or continuously or periodically within the adjustment angle range.
Hierbei wird gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform die optische Achse der ausgesandten Terahertz-Strahlung kontinuierlich bzw. periodisch um einen Verstellbereich verstellt, und in mehreren Verstell-Positionen des Verstellbereichs eine Messung durchgeführt. Die Verstellung kann insbesondere durch Schwenken bzw. Drehen erfolgen, so dass die optische Achse um einen Verstellwinkel verstellt wird und in mehreren Winkel-Positionen des Verstellwinkels eine Messung durchgeführt wird. Weiterhin sind auch translatorische Verstellungen möglich. Nach den Messungen werden die Amplituden der mehreren Messungen, die innerhalb des Verstellbereichs aufgenommen wurden, miteinander verglichen und die Messung mit der größten Amplitude der empfangenen Terahertz-Strahlung als beste Messung bzw. Messung mit einem Einfallswinkel, der einem senkrechten Einfall am nächsten liegt, herangezogen. Diese Messung kann direkt als des Messverfahrens herangezogen werden, oder auch zur Nachführung der optischen Achse dienen.According to an advantageous embodiment, the optical axis of the emitted terahertz radiation is adjusted continuously or periodically by an adjustment range, and a measurement is carried out in several adjustment positions of the adjustment range. The adjustment can take place in particular by pivoting or rotating, so that the optical axis is adjusted by an adjustment angle and a measurement is carried out in several angular positions of the adjustment angle. Translational adjustments are also possible. After the measurements, the amplitudes of the several measurements that were recorded within the adjustment range are compared with one another and the measurement with the greatest amplitude of the received terahertz radiation is used as the best measurement or measurement with an angle of incidence that is closest to normal incidence . This measurement can be used directly as the measurement method, or can also be used to track the optical axis.
Bei einer derartigen kontinuierlichen Verstellung der optischen Achse innerhalb eines Verstellbereichs, z. B. Verstellwinkels, werden somit einige Vorteile erreicht:
- Es können mit geringem Aufwand Messungen mit ganz oder weitgehend senkrechten Einfall der Terahertz-Strahlung erfolgen, die zu einem hohen Signal und genauen Messungen führen.
- With little effort, measurements can be carried out with completely or largely perpendicular incidence of the terahertz radiation, which lead to a high signal and precise measurements.
Hierbei ist keine Verstellung bzw. Nachführung des Messobjektes selbst erforderlich, was bei einigen Kunststoff-Produkten, insbesondere direkt nach der Produktion bei weichem Material, technisch aufwendig ist. So kann erfindungsgemäß insbesondere ein kontinuierliches bzw. im Endlos-Vorgang hergestelltes Kunststoff-Produkt, wie z. B. ein Kunststoff-Rohr oder eine Kunststoff-Folie, direkt nach der kontinuierlichen Herstellung durch die Messvorrichtung vermessen werden.In this case, no adjustment or tracking of the measurement object itself is required, which is technically complex with some plastic products, especially with soft material directly after production. According to the invention, in particular, a plastic product that is continuous or produced in an endless process, such as e.g. B. a plastic tube or a plastic film, are measured by the measuring device directly after the continuous production.
Weiterhin kann mit einer periodischen Verstellung der optischen Achse innerhalb eines Verstellbereichs ein fortlaufender Verstell-Vorgang erreicht werden, ohne jeweils zum Beispiel den Messkopf spezifisch auf eine ermittelte Fehl-Justierung einzustellen; es reicht die nachfolgende Auswertung, welche Messung die maximale Amplitude zeigt, so dass diese Messung direkt herangezogen werden kann. Hierbei sind zum Beispiel auch keine Zwischen-Stopps des Verstell-Motors zur Aufnahme der einzelnen Messungen in verschiedenen Einstell-Positionen bzw. Mess-Positionen erforderlich; die Messungen können während der periodischen Verstellung ohne eine Stopp des Verstell-Motors erfolgen, da die Laufzeit der Terahertz-Strahlung sehr gering ist und innerhalb einer Messung keine relevante mechanische Verstellung der optischen Achse erfolgt.Furthermore, with a periodic adjustment of the optical axis within an adjustment range, a continuous adjustment process can be achieved without, for example, specifically adjusting the measuring head to a misalignment that has been determined; the subsequent evaluation of which measurement shows the maximum amplitude is sufficient so that this measurement can be used directly. In this case, for example, no intermediate stops of the adjusting motor are required to record the individual measurements in different setting positions or measuring positions; the measurements can be carried out during the periodic adjustment without stopping the adjustment motor, since the transit time of the terahertz radiation is very short and no relevant mechanical adjustment of the optical axis takes place within a measurement.
Die Verstellung der optischen Achse kann gemäß unterschiedlicher Ausführungsformen erfolgen:
- So kann zum einen ein Messkopf mit seiner optischen Achse als Ganzes verstellt werden, zum Beispiel mittels eines Winkel-Verstellmotors oder z. B. eines translatorischen Verstellmotors. Alternativ hierzu können der Sender und der Empfänger der Terahertz-Strahlung auch fest bleiben, und die Terahertz-Strahlung über eine optische Anordnung, zum Beispiel eine Spiegel-Anordnung mit mindestens einem verstellbaren Spiegel, zum Beispiel MetallSpiegel, Prisma oder anderer spiegelnder Oberfläche, so dass die zu verstellenden Masse gering ist. So kann zum Beispiel ein verstellbarer Spiegel im Strahlengang kontinuierlich um den halben Verstellwinkel verstellt werden. Hierbei kann zur Anzeige der optischen Achse des Terahertz-Strahls auch zum Beispiel ein Laserstrahl in sichtbarem Bereich ergänzend eingekoppelt werden.
- On the one hand, a measuring head can be adjusted with its optical axis as a whole, for example by means of an angle adjustment motor or z. B. a translational adjustment motor. Alternatively, the transmitter and the receiver of the terahertz radiation can also remain fixed, and the terahertz radiation via an optical arrangement, for example a mirror arrangement with at least one adjustable mirror, for example a metal mirror, prism or other reflecting surface, so that the mass to be adjusted is small. For example, an adjustable mirror in the beam path can be continuously adjusted by half the adjustment angle. In this case, for example, a laser beam in the visible range can also be additionally coupled in to display the optical axis of the terahertz beam.
Die Verstellung kann in einer oder zwei Achsen erfolgen. Bei Verstellung in nur einer Achse kann die Verstellung insbesondere senkrecht zur Transportricthung, d.h. um eine Verstellachse parallel zur Transportrichtung erfolgen. Weiterhin kann zur Verstellung einer Achse ergänzend zum Beispiel auch eine Variation des Abstandes eines Messkopfes zum Messobjekt erfolgen. Bei einer Verstellung um zwei Achsen können z. B. die Verstellwinkel der beiden Achsen bzw. Richtungen unterschiedlich sein, je nach zu untersuchenden Messobjekt; so kann ein Verstellwinkel senkrecht zu einer Transportrichtung oder Förderrichtung des zu untersuchenden Messobjektes größer sein, da hier Fehl-Justierung bzw. Lagerfehler, zum Beispiel Rohrlagerfehler eines zu untersuchenden Kunststoff-Rohres, zu größeren Winkel-Fehlern führen als bei einer Fehlstellung der Oberfläche des Messobjektes entlang der Transportrichtung.The adjustment can be made in one or two axes. When adjusting in only one axis the adjustment is particularly perpendicular to the direction of transport, ie about an adjustment axis parallel to the direction of transport. Furthermore, in addition to the adjustment of an axis, the distance between a measuring head and the object to be measured can also be varied, for example. With an adjustment about two axes z. B. the adjustment angles of the two axes or directions can be different, depending on the measurement object to be examined; an adjustment angle perpendicular to a transport direction or conveying direction of the measurement object to be examined can be larger, since incorrect adjustment or bearing errors, for example pipe bearing errors of a plastic pipe to be examined, lead to larger angle errors than with a misalignment of the surface of the measurement object along the transport direction.
Bei einer Messvorrichtung mit mehreren, zum Beispiel in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Terahertz-Sende- und Empfangseinrichtungen können die Messergebnisse bzw. aus den Messungen ermittelte Werte auch miteinander verglichen und für die anderen Terahertz-Sende- und Empfangseinrichtungen herangezogen werden. So kann aus der Laufzeit des Terahertz-Signals auch der Abstand der Oberfläche zur Sende- und Empfangseinheit bzw. deren Messkopf ermittelt werden, und hieraus zum Beispiel die Position oder Abweichung der Symmetrieachse eines Kunststoff-Rohres von einer Achsenmitte der Messvorrichtung ermittelt werden.In a measuring device with a plurality of terahertz transmitting and receiving devices, for example distributed in the circumferential direction, the measurement results or values determined from the measurements can also be compared with one another and used for the other terahertz transmitting and receiving devices. The distance between the surface and the transmitting and receiving unit or its measuring head can also be determined from the propagation time of the terahertz signal, and from this, for example, the position or deviation of the axis of symmetry of a plastic pipe from an axis center of the measuring device can be determined.
Erfindungsgemäß kann insbesondere eine Schichtdicke und/oder ein Abstand des Messobjektes, z. B. auch eine Außendimensionierung ermittelt werden.According to the invention, in particular a layer thickness and/or a distance of the measurement object, e.g. B. also an external dimensioning can be determined.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einigen Ausführungsformen erläutert. Es zeigen:
-
1 einen Schnitt durch eine Messvorrichtung zur Vermessung eines als Rohr ausgebildeten Messobjektes bei ungenauer Zentrierung ohne bzw. vor der Anpassung der Winkellage; -
2 das Messprinzip der Ermittlung einer Schichtdicke bzw. Wanddicke eines Messobjektes aus Kunststoff bei einer Terahertz-Wanddickenmessung bei optimaler Zentrierung der Messvorrichtung; -
3 das Messprinzip aus2 bei ungenauer Zentrierung der Messvorrichtung; -
4 die Messsituation mit dem Verfahren zur Vermessung einer Schichtdicke gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; -
5 eine Ausführungsform einer Messvorrichtung bei ungenauer Winkeleinstellung; und -
6 dieder 5 entsprechende Ausbildung bei nachfolgender Kompensation durch Winkeleinstellung der Messvorrichtung: -
7 ,8 eine Ausführungsform mit translatorischer Verstellung einer Spiegel-Anordnung; -
9 ,10 eine Ausführungsform mit translatorischer Verstellung eines Messkopfs der Terahertz-Messvorrichtung; und -
11 ,12 eine Ausführungsform mit translatorischer Verstellung eines Aufnahmerings der Messvorrichtung.
-
1 a section through a measuring device for measuring a measuring object designed as a tube with imprecise centering without or before the adjustment of the angular position; -
2 the measuring principle of determining a layer thickness or wall thickness of a measuring object made of plastic in a terahertz wall thickness measurement with optimal centering of the measuring device; -
3 the measuringprinciple 2 in the event of imprecise centering of the measuring device; -
4 the measurement situation with the method for measuring a layer thickness according to an embodiment of the invention; -
5 an embodiment of a measuring device for imprecise angle setting; and -
6 the the5 Appropriate training with subsequent compensation through angle adjustment of the measuring device: -
7 ,8th an embodiment with translatory adjustment of a mirror arrangement; -
9 ,10 an embodiment with translatory adjustment of a measuring head of the terahertz measuring device; and -
11 ,12 an embodiment with translatory adjustment of a receiving ring of the measuring device.
Eine Terahertz-Messvorrichtung 1 dient zur Vermessung eines Messobjektes 2, das hier ein Kunststoffrohr 2 ist, mit einer zylinderförmigen bzw. rohrförmigen Wand 3 der Wanddicke d. Die Messvorrichtung 1 kann insbesondere direkt in-line am Ende des Herstellungsprozesses, zum Beispiel eines Extruders, vorgesehen sein und entsprechend wird das Kunststoff-Rohr 2 in Längsrichtung, das heißt Produktionsrichtung und Förderrichtung, durch die Terahertz-Messvorrichtung 1 geführt.A
Idealerweise wird das Kunststoff-Rohr 2 zentral bzw. mittig, das heißt mit seiner Rohr-Achse B auf der Symmetrieachse A der Terahertz- Messvorrichtung 1 geführt; es kann jedoch gemäß
Die Terahertz-Messvorrichtung 1 weist mehrere Terahertz-Sende-und Empfangseinheiten 4 auf, die über den Umfang der Terahertz- Messvorrichtung 1 verteilt angeordnet in das Innere, gemäß
Die Terahertz-Sende-und Empfangseinheiten 4 weisen jeweils einen in
Bei der ungenauen Zentrierung gemäß
Hierbei wird durch Messung und Vergleich bei mehreren Winkellagen eine senkrechte Messung ermittelt.Here, a vertical measurement is determined by measuring and comparing at several angular positions.
Hierbei werden mehrere Messungen innerhalb eines Verstellwinkelbereichs α durchgeführt und aus den Messungen die ordnungsgemäße Lage, d.h. ein senkrechter Einfall der optischen Achse C zur Messoberfläche 2a oder 102a ermittelt. Auch hierzu sind mehrere Ausbildungen möglich: In this case, several measurements are carried out within an adjustment angle range α and the correct position is determined from the measurements, i.e. a perpendicular incidence of the optical axis C to the measurement surface 2a or 102a. There are a number of training options available:
In
Gemäß der Ausführungsform der
Dieser Scan durch Veränderung der Winkellage, das heißt Verstellung der optischen Achse C innerhalb des Verstellwinkelbereichs α, kann z. B. in zwei Achsen sukzessive durchgeführt werden.This scan by changing the angular position, that is, adjusting the optical axis C within the adjustment angle α, z. B. be carried out successively in two axes.
Die Position des Auftreffens der Terahertz-Strahlung 7, das heißt der Schnittpunkt der optischen Achse C mit der Oberfläche 2a oder 102a, kann auch durch die gemessene Winkel- bzw. Translations-Position der Verstellung des Positions-Sensors oder der Verstellung der Terahertz-Strahlung 7 bzw. der optischen Achse C, in Kombination mit dem Terahertz-Laufzeitsignal zurückgerechnet und bestimmt werden.The position of impingement of the terahertz radiation 7, i.e. the point of intersection of the optical axis C with the surface 2a or 102a, can also be determined by the measured angular or translational position of the adjustment of the position sensor or the adjustment of the terahertz radiation 7 or the optical axis C, in combination with the terahertz transit time signal and determined.
Somit kann zum Beispiel bei der Anordnung aus
Gemäß
Somit kann erfindungsgemäß in-line bei Produktion des Messobjektes, zum Beispiel des in
Neben derartigen Winkel-Verstellungen sind weiterhin auch translatorische Verstellungen der optischen Achse C der ausgesandten Terahertz-Strahlung 7a möglich. Die
- Gemäß
7 und8 wird der verstellbareSpiegel 11 nicht geschwenkt, sondern translatorisch verstellt. Die Spiegelflächen des festen Spiegels und des verstellbarenSpiegels 11 verlaufen somit z. B. jeweils parallel zueinander. Somit wird z. B. von der Ausgangsstellung der Fig, 7 aus der verstellbareSpiegel 11 translatorisch verstellt und erreicht inder Position der 8 die Messposition, bei der die ausgesandte Terahertz-Strahlung 7a senkrecht auf die Wand desMessobjektes 2 fällt, was wiederum als maximale Amplitude oder maximal detektiertes Signal ermittelt wird. Somit werden wiederum mehrere Messpositionen des verstellbarenSpiegels 11 angefahren, in denen Messungen vorgenommen werden. Bei der gezeigten Ausführungsform der7 und8 lenkt der festeSpiegel 10 die ausgesandte Terahertz-Strahlung 7a unter einem rechten Winkel um; bei einer derartigen Ausbildung ist auch eine Verstellung des verstellbarenSpiegels 11 in dieser Verstellrichtung E, die senkrecht zur optischen Achse C und weiterhin senkrecht zur Rohrachse B des Messobjektes 2 verläuft, sinnvoll, wobei jedoch auch andere translatorische Verstellrichtungen möglich sind.Gemäß 8 wird z. B. eine Verstellstrecke s des verstellbarenSpiegels 11 eingestellt, bis eine Messposition mit senkrechtem Einfall der Terahertz-Strahlung 7a aufdas Messobjekt 2 erreicht wird. Die weiteren Erläuterungen zu den o. g. Ausführungsformen gelten für dieAusführungsform der 7 ,8 entsprechend.
- According to
7 and8th theadjustable mirror 11 is not pivoted, but displaced translationally. The mirror surfaces of the fixed mirror and theadjustable mirror 11 thus extend z. B. parallel to each other. Thus, e.g. B. from the starting position of FIG, 7 from theadjustable mirror 11 translationally adjusted and reached in the position of8th the measurement position at which the emittedterahertz radiation 7a falls perpendicularly onto the wall of themeasurement object 2, which in turn is determined as the maximum amplitude or maximum detected signal. Thus, in turn, several measuring positions of theadjustable mirror 11 are approached, in which measurements are taken. In the embodiment shown7 and8th the fixedmirror 10 deflects the emittedterahertz radiation 7a at a right angle; With such a design, an adjustment of theadjustable mirror 11 in this adjustment direction E, which runs perpendicular to the optical axis C and also perpendicular to the tube axis B of themeasurement object 2, makes sense, although other translational adjustment directions are also possible. According to8th becomes e.g. B. an adjustment distance s of theadjustable mirror 11 is set until a measurement position with vertical incidence of theterahertz radiation 7a on themeasurement object 2 is reached. The further explanations for the above embodiments apply to the embodiment of7 ,8th corresponding.
Gemäß der Ausführungsform der
Bei der Ausführungsform der
Weiterhin sind auch jedwede Kombinationen von Kippungen, d. h. Verstellungen um Verstellwinkel, und translatorischen Verstellungen möglich.Furthermore, any combination of tilts, i. H. Adjustments to adjustment angle and translatory adjustments possible.
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